介绍了奥氏体不锈钢窄间隙管排焊接方法、工艺控制及焊接过程中的注意事项，通过对奥氏体不锈钢的焊接性、物理性能和力学性能的分析，改善了传统管排焊接工艺，严格地控制了管排变形，保证了焊接质量。
循环流化床（CFB）锅炉是新一代高效、低污染清洁燃烧锅炉，具有较好的可靠性、经济性和环保性。大型循环流化床锅炉具有炉内脱硫脱硝、燃料适应范围广、调峰能力强等设备性能特点。这些特点使循环流化床发电技术倍受重视，大型循环流化床发电技术已成为不可替代的洁净煤发电技术。随着循环流化床机组级别的增大，锅炉受热面管的磨损问题日益突出，合理选用材料是解决磨损的一种方法。奥氏体不锈钢由于具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能，在锅炉高温过热器和高温再热器管中得到广泛应用。本文研究了内蒙古京海发电厂2×300 MW级空冷机组工程2#机CFB锅炉高温再热器奥氏体不锈钢窄间隙（间隙≤10 mm）管排焊接工艺，改变了以往受热面管排焊接工艺，严格地控制了管排变形，确保了焊接质量，为今后工程施工提供有益的参考。
1奥氏体不锈钢焊接性分析
奥氏体不锈钢有Fe-Cr-Ni，Fe-Cr-Ni-Mo，Fe-Cr-Ni-Mn等系列。为改善某些性能，满足特殊用途要求，在一些钢中单独或复合添加了N，Nb，Cu，Si等合金元素。奥氏体不锈钢在室温下通常为纯奥氏体组织，也有一些室温下组织为奥氏体+少量铁素体，这种少量铁素体有助于防止热裂纹的产生。在火力发电厂管道中常用的有18-8型（TP304，TP321）、18-12型（TP347）、25-20型（TP310）等。奥氏体不锈钢焊接的主要问题是：易产生焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀、应力腐蚀、表面氧化，此外，因其导热性能差、线膨胀系数大，所以焊接应力和焊接变形较大。
这类钢在焊接过程中极少出现冷裂纹，焊接接头强度也不是焊接性的重点，其主要是会出现焊接时热膨胀量和冷却时收缩量的增加，即焊后变形量更为突出的问题。管排焊接由于变形量较大，对接焊口间隙很难控制，会出现开始时焊口间隙大，最后无间隙的现象。如果焊口间隙控制不当，会引起管排弯折，首先是焊口折口严重，其次会破坏再热器在炉膛内的平行度，从而导致管排受热不均匀。因此在奥氏体不锈钢管排焊接时，不仅由于奥氏体枝间结晶方向性强，有利于杂质（包括易熔物）的偏析聚集及晶格缺陷的团聚，加之其线膨胀系数大、热导率小、焊缝冷却时收缩应力和变形量大，容易出现热裂纹，而且要防止焊口折口现象，引起管排变形。所以控制好焊接变形量是保证管排焊接质量的重要保障。
2奥氏体不锈钢管排焊接工艺
2.1焊接方法选择
由于手工钨极氩弧焊的氩气保护效果好，合金元素过渡系数高，焊缝成分易于控制，同时由于氩弧焊热量集中、热影响区窄，晶粒长大倾向小，加上良好的氩气冷却效果，焊缝成形好，可进行全位置焊接，氩弧焊对对口质量、环境要求较高，易于保证焊接质量，故采用全手工钨极氩弧焊（Ws）进行焊接。
2.2焊接设备
选用ZX7-400ST电焊机，焊接要求电流调节灵敏。
2.3焊材选用
（1）奥氏体不锈钢焊材的选用，应保证焊材与母材材质相同。奥氏体不锈钢在焊接时，由于焊缝C含量对其耐腐蚀性能影响较大，因此，应选用C含量较低的焊接材料，尽量减少碳化物的析出。常见奥氏体不锈钢对应焊材选用见表1。
（2）焊丝、钨棒、氩气均应有制造厂的质量合格证，且符合国家标准（或有关标准）。其中钨棒为WCe-20，准2.5 mm，φ（Ar）≥99.99％。
2.4焊工选择
为了保证焊接质量，应选派取得相应合格证的焊工中技术过硬、经验丰富的熟练焊工进行焊接。
2.5施焊前准备
（1）为了保证工程施工质量，需进行焊前练习。焊前练习的管子材质与规格及其间距与现场管排一致，要求焊工在连续6个练习焊口的外观和内部质量均合格的情况下方可到现场施焊。
（2）认真检查接口部件有无裂纹、重皮等缺陷。
（3）坡口示意图如图1所示。坡口内、外侧应清理干净，每侧10~15 mm处均不得有油、锈、水、垢等杂物，直至露出金属光泽。
（4）充氩和密封设施要准备齐全，焊接场所需搭设防风、雨、雪、寒的遮篷。
（5）施工场所符合焊接安全环境要求。
2.6施工工艺
奥氏体不锈钢在焊接过程中，为了防止焊接热裂纹的产生和热影响区的晶粒长大以及碳化物析出，保证焊接接头的塑韧性与耐蚀性，应控制较低的层间温度。因此在保证完全焊透、完全熔合的情况下，应尽量采用小电流、低电压（短弧焊）焊接，以减小热输入，改善接头性能，减小焊接变形。
2.6.1背面充氩保护
不锈钢打底焊时存在根部氧化的问题，应采用背面充氩对焊缝根部进行保护，需注意管道内部氩气充满且稳定后方可进行点固焊和打底焊接，最后收口时减小氩气流量直至完全关闭，以免压力过大形成内凹，充氩保护如图2所示。
本工程高温再热器不锈钢焊口全部为地面组合焊接，焊接位置均为水平固定，可通过用可溶性纸在管子内焊口两侧制造一个气室进行充氩保护。
2.6.2焊口点固
由于不锈钢的特性，焊口点固焊、打底焊时收缩量较大，整体管排焊口间隙很难控制。笔者做了不同的试验，对于水平固定的管排，采取单根点固、焊接和全部焊口点固焊后再焊接这2种工艺。经过试验焊接，最后采用氩气消耗量少、焊接速度快、焊接质量好、变形易控制的“单根点固、焊接”的工艺。
（1）单根点固、焊接对管排焊口间隙进行比对，从最合适的焊口开始点固，点固焊完成后，直接开始根部打底焊接，根部焊接完成后开始点固下一道焊口，整排全部根部焊接完成后进行盖面焊。采用这种工艺能够很好地控制焊缝道间温度，防止焊缝金属过烧，同时也减小了管排的收缩量，控制管排的变形，从外观和内部保证了焊口质量。
（2）全部焊口点固焊后再焊接对管排焊口间隙进行比对，从最合适的焊口开始点固焊，点固焊完成后，再进行比对、点固焊，到整排焊口全部点固焊完成后再进行根部打底焊接和盖面焊。以往受热面管排焊接均采用这种焊接方法。2种方法点固焊示意图如图3和图4所示。
2.6.3焊接工艺参数打底焊层厚度为3~4 mm，焊接顺序如图5所示，焊接时，所采用的焊接工艺参数见表2。
2.6.4操作要点及注意事项
（1）接头必须在自由状态下组对，不得强行点固焊接，以防止焊缝产生较大的拘束应力。
（2）在焊缝内采用短路引弧，钨极接触焊件的动作要快、要轻，防止碰断钨极端头，造成夹钨。
（3）焊口的点固焊位置从仰焊6点位开始直到9（3）点位结束，要连续施焊，避免接头过多影响焊接质量。注意一定要到9（3）点位后才可以熄弧结束，由于管排间隙较窄，9（3）点位恰是最窄位置，如果焊不到位，上面接头时焊枪角度由于受到障碍的影响，角度过大，氩气保护不充分，容易产生焊接缺陷，而且处理非常困难，如图6所示，现场施焊情景如图7所示。
（4）点固焊时应检查质量，如发现缺陷应及时剔除重焊，不得用重复熔化的方法消除。
（5）焊接过程中要控制好焊接速度和层间温度，以减少焊接热输入。
（6）盖面焊时，熄弧弧坑要填满。焊接完成后，表面不得有超标缺陷，否则要及时处理。
3结论
通过严格执行上述焊接工艺，本机组高温再热器管排24片，焊口共计528道，焊后经无损检验，不合格焊口2道，焊口一次合格率为99.62％，管排变形量符合要求，已经过了锅炉水压试验、酸洗、蒸汽吹扫的检验，焊口未发生任何质量事故，说明采用该焊接工艺焊接的产品质量是可靠的。高质量的焊口为机组的正常、稳定运行提供了有力的保障。
